Characterization of Lithium Transport in Lithium Titanate Thin Films & their Utilization for Transference Number Measurements of Electrolytes for Lithium-Ion Batteries
The relative conductivity of Li+-ions in lithium-ion battery electrolytes is quantified by the transference number, which can be assessed by applying electrochemical impedance spectroscopy under anion-blocking conditions. However, many electrolytes are not stable against the typically used lithium e...
| Main Author: | |
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| Contributors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | English |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2024
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| Subjects: | |
| Online Access: | PDF Full Text |
| Tags: |
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Die relative Leitfähigkeit von Li+-Ionen in Elektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien wird durch die Überführungszahl quantifiziert, welche mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie unter Anionen-blockierenden Bedingungen bestimmt werden kann. Da jedoch viele Elektrolyte nicht stabil gegenüber den üblicherweise verwendeten Lithium-Elektroden sind, kann hierbei eine Beeinträchtigung der Messungen durch instabile Grenzflächen nicht ausgeschlossen werden. Ziel dieser Arbeit war es daher eine alternative Dünnschicht-Elektrode mit umfangreicher Elektrolyt-Kompatibilität zu nutzen, welche gleichzeitig die methodenspezifischen Anforderungen einer reversiblen Aufnahme von Li+-Ionen und symmetrischen Polarisierbarkeit erfüllt. Diese Bedingungen ermöglicht das typische Anodenmaterial Lithiumtitanat (Li4Ti5O12, LTO), welches bei Lithiierung eine Phasentransformation zu Li7Ti5O12 zeigt. In dieser Arbeit wurde LTO erfolgreich als Dünnschichtelektrode durch Schleuderbeschichtung hergestellt und mittels elektrochemischer und materialchemischer Methoden umfassend in Bezug auf Zyklisierbarkeit, Stöchiometrie und Homogenität charakterisiert. Hierbei werden auch Fehleranfälligkeiten bei der Herstellung und Vermessung der Elektroden betrachtet, spezifischer die Abdeckung von heterogenen Randbereichen und die Empfindlichkeit gegenüber der Spannungsamplitude bei Impedanzmessungen. Insbesondere wurde das Impedanzverhalten von LTO bei verschiedenen Zuständen der (De-)Lithiierung untersucht, um den Impedanzbeitrag dieser Elektroden bei sehr niedrigen Frequenzen zu erschließen. Dabei wurde eine Asymmetrie zwischen Lade- und Entladeprozess bezüglich des Diffusionsverhaltens festgestellt, was wiederum auf unterschiedliche Phasenverteilungen sowie Ausbreitungsmechanismen hinweist und im Zusammenhang mit Literatur(werten) und zustandsspezifischen materialchemischen Messungen diskutiert wird. Des Weiteren wurden die Dünnschicht-LTO-Elektroden hinsichtlich einer deutlichen Differenzierung zu Elektrolytprozessen in Überführungszahlmessungen optimiert und grundlegende Ansätze für einen Messaufbau entwickelt, der Vorkonditionierung und Überführungszahlmessungen kombiniert.